能源管理系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)上的應(yīng)用

唐鋼國際工程技術(shù)股份有限公司 孫濤

能源是冶金企業(yè)的命脈,是企業(yè)發(fā)展的動力。建設(shè)一個能實(shí)時監(jiān)控產(chǎn)、消、運(yùn)行狀況的能源管理系統(tǒng)來指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)是十分必要的。能源管理系統(tǒng)以提高企業(yè)的綜合效益為根本目標(biāo),通過對所接入的儀表進(jìn)行綜合管理,避免人為錯誤的影響,提高能源的利用效率。是以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),軟件為核心,以智能化串聯(lián)整個系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息共享與交換,結(jié)合計量管理自動化和信息化工程建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),組建的多方面、多應(yīng)用的智能化管理平臺。

0 引言

在未來20年左右的時間里,中國將進(jìn)入工業(yè)化中期發(fā)展階段,作為制造業(yè)與建筑行業(yè)最重要的工程結(jié)構(gòu)材料,鋼材的需求總量還將進(jìn)一步增長[1]。鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),在中國的經(jīng)濟(jì)生活中占有重要地位。鋼鐵工業(yè)又是典型的資源消耗型產(chǎn)業(yè),對原料、燃料以及能源動力的消耗十分巨大[2]。以前的節(jié)能管理方法主要是核算動力成本、滴漏跑冒管理、指標(biāo)考核等,這些方法達(dá)到了一定的成效,但是要提高管理方法的潛力,滿足市場經(jīng)濟(jì)的需求,應(yīng)該建立新的管理平臺,對能源使用進(jìn)行監(jiān)管,節(jié)能降耗,降低經(jīng)濟(jì)成本[3]。本著這一目標(biāo),經(jīng)過反復(fù)的討論和調(diào)查,結(jié)合現(xiàn)代化的科學(xué)管理手段,以先進(jìn)的軟件運(yùn)算為依托,設(shè)計了一套擁有能源計劃、能源實(shí)績、能源成本、能源預(yù)測、能源平衡、能源調(diào)度、能源設(shè)備和能源質(zhì)量等全方位的監(jiān)控和管理功能的能源管理系統(tǒng)。

1 能源管理系統(tǒng)建設(shè)的意義

能源是企業(yè)的血脈,如何有效利用能源,已被提升到一個至關(guān)重要的戰(zhàn)略地位[4]。尤其對于大中型冶金企業(yè),信息化的建設(shè),建立能源供需雙方的信息溝通機(jī)制,通過“綜合資源規(guī)劃”,實(shí)現(xiàn)“科學(xué)配置能源”成為可能[5]。大型鋼鐵企業(yè)能源管理系統(tǒng)中共有4000多個數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn),涵蓋了煤氣、氧氣、氮?dú)?、工業(yè)水、蒸汽、壓縮空氣等介質(zhì)。能源管理的自動化、信息化、智能化,能源介質(zhì)的數(shù)據(jù)在線測量、自動采集、故障診斷分析、能源平衡預(yù)測能夠有效減少和消除能源的浪費(fèi)。所以說,構(gòu)建能源管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)合理有效的能源利用至關(guān)重要。

大型冶金企業(yè)的信息化系統(tǒng)建設(shè)的基本架構(gòu)已經(jīng)形成,根據(jù)管理模式,系統(tǒng)層次清晰明確,功能分擔(dān)較合理[6]。如圖1所示,系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)不能單純局限在IT部門編程、開發(fā)功能,所以信息化系統(tǒng)開發(fā)前,必須明確管理的組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程[7]。

圖1 信息化計量數(shù)據(jù)處理工作模式[8]Fig.1 Information measurement data processing mode[8]

2 能源管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)

圖2 能源管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of basic architecture of energy management system

能源管控系統(tǒng)依據(jù)數(shù)據(jù)刷新頻度及功能不同分為SCADA監(jiān)控平臺和能源精細(xì)化管理平臺兩個子系統(tǒng)。

2.1 SCADA監(jiān)控平臺

采用國際主流的SCADA一體化監(jiān)控平臺軟件(iFix、Wonderware、Citect),建立I/O Server實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)器功能。能滿足全天24小時、全年365天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)要求,SCADA軟件平臺能有效完成數(shù)據(jù)采集、處理、報警、趨勢、事件、畫面監(jiān)視以及遠(yuǎn)程控制等功能。

2.2 能源精細(xì)化管理平臺

軟件系統(tǒng)開發(fā)平臺使用.Net或Java等主流編程語言,采用先進(jìn)的技術(shù)框架滿足用戶的二次開發(fā)和快速開發(fā)部署要求。能實(shí)現(xiàn)C/S、B/S兩種應(yīng)用方式,方便系統(tǒng)管理人員進(jìn)行多種類數(shù)據(jù)的查詢以及管理。

3 能源管理系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1 能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

能源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個樂鋼能源管理系統(tǒng)的基石,只有將現(xiàn)場的能源計量數(shù)據(jù)實(shí)時、準(zhǔn)確地采集下來,才能進(jìn)一步利用這些數(shù)據(jù)來指揮、調(diào)度生產(chǎn),進(jìn)而調(diào)配能源生產(chǎn),提高能源使用水平。

如圖3所示,目前計量儀表接口多種多樣:模擬量、專用通訊協(xié)議,通用通訊協(xié)議,有些儀表信號已接入到生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)中。所以,針對不同的儀表,采集數(shù)據(jù)的方法也不同,歸納起來可用以下兩種方式:

圖3 能源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖Fig.3 Data network architecture diagram of energy management system

(1)現(xiàn)場總線通訊。儀表具備通訊能力(專用通訊議、通用通訊協(xié)議)的,數(shù)據(jù)采集器通過現(xiàn)場總線采集儀表中的各類數(shù)據(jù),包括瞬時值、累計值、采集時間、事件與報警、配置值等,形成通訊數(shù)據(jù)包更新到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。

(2)HMI數(shù)據(jù)通訊。由于部分能源數(shù)據(jù)已經(jīng)被采集到生產(chǎn)系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集器可以通過組態(tài)軟件將這部分能源計量數(shù)據(jù)從對應(yīng)的生產(chǎn)監(jiān)控PLC中取出并更新到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。需要注意的是,數(shù)據(jù)的累計和轉(zhuǎn)換原則上在監(jiān)控計算機(jī)上完成,采集的數(shù)據(jù)包括瞬時值、累計值、采集時間、事件與報警、配置值等。

為實(shí)現(xiàn)底層儀表數(shù)據(jù)的穩(wěn)定以及快速傳輸,現(xiàn)場設(shè)置的是MOXA數(shù)據(jù)采集器,將現(xiàn)場的儀表信號統(tǒng)一以O(shè)PCUA協(xié)議傳輸至能源計量信號專網(wǎng)。

在給朱榮生、王子剛的復(fù)信中，劉少奇分別對兩人來信反映的問題進(jìn)行了詳盡分析，著重批評了他們工作打不開局面的主觀原因（如朱榮生的顧此失彼、抓小棄大；王子剛強(qiáng)調(diào)兆征縣工作沒有基礎(chǔ)，卻不開展積極的思想斗爭以克服消極情緒，只在干部中打圈子），以及錯誤想法（如王子剛試圖用“稍微強(qiáng)迫一下子”的辦法要群眾當(dāng)紅軍）。信中指出：只有改造了那個不健全的組織，在思想斗爭中團(tuán)結(jié)與提拔了積極的干部，把組織健全起來，才能保證我們動員到廣大群眾中去，獲得很大的成績。

3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫主要用于設(shè)備運(yùn)行信息的記錄、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的管理,將現(xiàn)場設(shè)備實(shí)時運(yùn)行狀況展現(xiàn)給用戶,還要實(shí)時保存和處理所有設(shè)備傳送過來的數(shù)據(jù),同時要滿足客戶端用戶對歷史數(shù)據(jù)的查詢要求,由于所需要處理的數(shù)據(jù)是連續(xù)性的,因此數(shù)據(jù)的存取量巨大,實(shí)時性很高。

3.2.1 實(shí)時數(shù)據(jù)庫

采用GE公司的Ihistory實(shí)時數(shù)據(jù)庫,收集各個數(shù)據(jù)采集器上傳的信息,按照設(shè)定的精度和周期存儲于實(shí)時數(shù)據(jù)庫,并且滿足不同的應(yīng)用程序和授權(quán)用戶的為實(shí)現(xiàn)不同目的而進(jìn)行的讀寫調(diào)用。

3.2.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫

采用美國甲骨文公司的Oracle數(shù)據(jù)庫,是目前世界上流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),擁有可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在各類大、中、小、微機(jī)環(huán)境中都適用。是一種高效率、可靠性好的、適應(yīng)高吞吐量的數(shù)據(jù)庫解決方案。

3.3 能源預(yù)測

系統(tǒng)具備能源預(yù)測模型,可根據(jù)制造部下達(dá)的生產(chǎn)計劃及外圍單位的能源需求,綜合能源消耗的歷史曲線,自動生成年、月、日能源計劃?？蓭椭髽I(yè)實(shí)現(xiàn)以下管理功能:

(1)以生產(chǎn)成果為要求,以能源計劃為指標(biāo),對各級用戶進(jìn)行考核;(2)根據(jù)能源實(shí)績和能源計劃的偏差值大小,能夠及時發(fā)現(xiàn)問題,分析問題,解決問題,以免因設(shè)備故障或生產(chǎn)管理上的失誤造成能源浪費(fèi);(3)根據(jù)能源消耗計劃,設(shè)定能源生產(chǎn)計劃,及時制定和修改設(shè)備檢修計劃,以免因能源不足耽誤企業(yè)生產(chǎn)。

4 結(jié)語

積極推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與鋼鐵制造的深度融合是鋼鐵企業(yè)下一步研發(fā)重點(diǎn)[9]。能源管理系統(tǒng)基于自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)分析及預(yù)測技術(shù),對鋼鐵企業(yè)提供數(shù)據(jù)定制化管理服務(wù),優(yōu)化能源管理。該系統(tǒng)建成后,將為鋼鐵企業(yè)的管理、生產(chǎn)計劃、調(diào)度決策及OA提供準(zhǔn)確、實(shí)時的生產(chǎn)工藝計量數(shù)據(jù),對于構(gòu)筑信息化工程、實(shí)施精細(xì)化生產(chǎn)和精細(xì)化管理是十分重要的?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行公司級、廠際級能源核算,實(shí)現(xiàn)計量系統(tǒng)分級化管理,提高計量信息化管理水平,使計量管理更精細(xì)、更準(zhǔn)確、更高效[10]。是鋼鐵企業(yè)通往節(jié)能降耗,減員增效路徑上的重要“橋梁”。

引用

[1] 孟維潮.淺析鋼鐵企業(yè)成本管理問題[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì),2010(9):48.

[2] 呂漫.對鋼鐵企業(yè)成本管理的思考[J].河北冶金,2009(2):58-60.

[3] 席增雪.建立能源計量網(wǎng)絡(luò) 提高節(jié)能管理水平[J].機(jī)電信息,2007(5):52-53.

[4] 張艷俠,伊炳希.建龍鋼鐵能源計量網(wǎng)建設(shè)方案[J].工業(yè)計量,2008(2):55-58.

[5] 沈昌熾.能源管理中心的建設(shè)問題[J].冶金能源,1995(4):1-4.

[6] 何永剛,黃麗華.我國鋼鐵企業(yè)信息系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].情報雜志,2007(7):52-54.

[7] 袁久柱,陳兆陽,周磊.鋼鐵行業(yè)信息化建設(shè)現(xiàn)狀及前景展望[J].河北冶金,2017(7):81-86.

[8] 郭云德,任時朝.工業(yè)企業(yè)能源計量管理問題信息化分析[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化,2020(20):228-229.

[9] 王新東,李建新,劉宏強(qiáng),等.河鋼創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)與實(shí)踐[J].河北冶金,2020(2):1-12.

[10] 李學(xué),王丹,李迎俊.石油化工企業(yè)計量監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].中國儀器儀表,2019(1):41-46.